Lokasi Penelitian Kemiri Kegunaan Kemiri

permukaan dengan Scanning Electron Microscopy SEM. Tahap II Adsorpsi minyak goreng bekas dengan arang aktif Variabel tetap: 1. Volume minyak goreng bekas 40 ml 2. Kecepatan pengadukan 800 rpm 3. Waktu pengadukan 45 menit Variabel terikat: kadar asam lemak bebas ALB, kadar air, densitas dan indeks bias Variabel bebas : suhu adsorpsi 30 o C, 50 o C, 70 o C, 90 o C, 110 o C.

1.7 Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika, Laboratorium kimia Polimer dan Laboratorium Ilmu dasar LIDA Universitas Sumatera Utara, Uji Morfologi Permukaan Arang Aktif dengan Scanning Electron Microscopy SEM di Laboratorium Rekayasa Material Banda Aceh. Universitas Sumatera Utara BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Adsorpsi

Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap kedalam. Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul- molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan kedalam permukaannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas zat terlarut dalam larutan. Pada adsorpsi interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben Tandy, E .2012.

2.1.1 Jenis – Jenis Adsorpsi

Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dibagi menjadi 2 yaitu : a. Adsorpsi Fisika Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya Van der Waals. Pada adsorpsi fisika, gaya tarik menarik antara molekul fluida dengan molekul pada permukaan padatan Intermolekuler lebih kecil dari pada gaya tarik menarik antar molekul fluida tersebut sehingga gaya tarik menarik antara adsorbat dengan permukaan adsorben relatif lemah pada adsorpsi fisika, adsorbat tidak terikat kuat dengan permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari suatu bagian Universitas Sumatera Utara permukaan ke permukaan lainnya dan pada permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat tersebut dapat digantikan oleh adsorbat lainnya. Keseimbangan antara permukaan padatan dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel. Adsorpsi fisika memiliki kegunaan dalam hal penentuan luas permukaan dan ukuran pori. b. Adsorpsi Kimia Adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan kimia yang terbentuk antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Ikatan kimia dapat berupa ikatan Kovalen Ion. Ikatan yang terbentuk kuat sehingga spesi aslinya tidak dapat ditentukan. Karena kuatnya ikatan kimia yang terbentuk maka adsorbat tidak mudah terdesorpsi. Adsorpsi kimia diawali dengan adsorpsi fisik dimana adsorbat mendekat kepermukaan adsorben melalui gaya Van der Waals Ikatan Hidrogen kemudian melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia yang biasa merupakan ikatan kovalen Shofa, 2012.

2.1.2 Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Adsorpsi

1. Jenis Adsorbat a Ukuran molekul adsorbat Molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameter pori adsorben maka akan lebih cepat teradsorpsi. b Kepolaran zat Adsorpsi lebih kuat terjadi pada molekul polar dibandingkan dengan molekul nonpolar pada kondisi diameter yang sama. 2. Suhu Pada saat molekul-molekul adsorbat menempel pada permukaan adsorben terjadi pembebasan sejumlah energi sehingga adsorpsi digolongkan bersifat eksoterm. Oleh karena proses adsorpsi adalah proses eksotermis, maka adsorpsi akan berkurang pada temperatur lebih tinggi. Jika terdapat reaksi antara kontaminan yang teradsorpsi dan permukaan adsorben antara 2 atau lebih Universitas Sumatera Utara kontaminan kimia tersebut, maka laju reaksinya akan meningkat pada temperatur yang lebih tinggi. 3. Kelarutan Adsorbat Jika sebuah molekul harus dipisahkan dari pelarut dan menjadi terikat pada permukaan karbon. Senyawa yang dapat larut mempunyai ikatan yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit teradsorpsi dari pada senyawa-senyawa yang tidak dapat larut. 4. Karakteristik Adsorben Ukuran pori dan luas permukaan adsorben merupakan karakteristik penting adsorben. Ukuran pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil ukuran pori adsorben maka luas permukaan semakin tinggi, sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi akan bertambah. Selain itu kemurnian adsorben juga merupakan karakterisasi penting dimana pada fungsinya adsorben yang lebih murni akan lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi yang lebih baik Lestari, F.2009. 5. Pengadukan Pengadukan mempengaruhi proses adsorpsi. Jika interaksi antara adsorbat dan adsorben meningkat maka adsorpsi yang terjadi semakin cepat. . 6. pH pH untuk tempat adsorpsi berlangsung telah dibuktikan mempunyai pengaruh yang kuat terhadap besar adsorpsi. Adsorpsi dari banyak senyawa- senyawa asam-asam organik didorong oleh pH yang tinggi. pH optimum untuk setiap proses adsorpsi dapat ditentukan Yuliana, S .2008 Universitas Sumatera Utara

2.2 Adsorben

Adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau pada letak-letak tertentu didalam partikelnya. Karena pori- porinya biasa kecil maka luas permukaan dalam mencapai beberapa orde besaran lebih besar dari permukaan luar dan bisa sampai 2000 m 2 gr. Dalam kebanyakan hal komponen yang diadsorpsi melekat sedemikian kuat sehingga memungkinkan pemisahan komponen itu secara menyeluruh dari fluida tanpa terlalu banyak adsorpsi terhadap komponen lain sehingga memungkinkan adsorbat yang dihasilkan dalam bentuk terkonsentrasi atau hampir murni Tandy, E. 2012.

2.2.1 Jenis – Jenis Adsorben

a. Adsorben tidak berpori Non- Porous Sorbent Adsorben tidak berpori dapat diperoleh dengan cara presipitasi deposit kristalin seperti BaSO 4 atau penghalusan padatan kristal. Luas permukaan spesifiknya kecil tidak lebih dari 10 m 2 g dan umumnya antara 0,1 sd 1 m 2 g. Adsorben yang tidak berpori seperti filter karet dan karbon hitam bergrafit adalah jenis adsorben tidak berpori yang telah mengalami perlakuan khusus sehingga luas permukaannya dapat mencapai ratusan m 2 g. b. Adsorben berpori Porous Sorbents Luas permukaan spesifik adsorben berpori berkisar antara 100 sd 1000 m 2 g. Biasanya digunakan sebagai penyangga katalis, dehidrator, dan penyeleksi komponen. Adsorben ini umumnya berbentuk granular. Klasifikasi pori menurut International Union Of Pure and Applied Chemistry IUPAC adalah : a Pori – pori berdiameter kecil Mikropores d 2 nm b Pori – pori berdiameter sedang Mikropores 2 d 50 nm c Pori – pori berdiameter besar Makropores d 50 nm Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Kriteria Adsorben Untuk Menjadi Adsorben Komersil

Kriteria yang harus dipenuhi suatu adsorben untuk menjadi adsorben komersial adalah : 1. Memiliki permukaan dan unit massa yang besar sehingga kapasitas adsorpsi akan semakin besar pula. 2. Secara alamiah dapat berinteraksi dengan adsorbat pasangan. 3. Ketahanan struktur fisik yang tinggi. 4. Mudah diperoleh, harga tidak mahal, tidak korosif dan tidak beracun. 5. Tidak ada perubahan volume yang berarti selama proses adsorpsi. 6. Mudah dan ekonomis untuk diregenerasi Hendra, R. 2008. Beberapa jenis adsorben berpori telah digunakan secara komersial antara lain silika gel, zeolit, karbon aktif, dan alumina. Seperti pada gambar 2.1 dibawah ini: silika gel zeolite karbon aktif alumina Gambar 2.1 Contoh Adsorben Komersial

2.3 Karbon Aktif

Karbon aktif secara komersial diketahui pertama kali karena penggunaannya sebagai Topeng Uap pada perang dunia I. Penerapan secara komersil arang kayu digunakan dalam sebuah pabrik gula di Inggris. Karbon aktif merupakan adsorben terbaik dalam sistem adsorpsi. Ini di karenakan arang aktif memiliki luas permukaan besar dan daya adsorpsi tinggi sehingga pemanfaatannya dapat optimal. Luas permukaan karbon aktif umumnya berkisar antara 300 – 3000 m 2 g Universitas Sumatera Utara dan ini terkait dengan struktur pori pada karbon aktif tersebut. Karbon aktif adalah material berpori dengan kandungan karbon 87 - 97 dan sisanya berupa hidrogen, oksigen, sulfur, dan material lain. Karbon aktif merupakan karbon yang telah diaktivasi sehingga terjadi pengembangan struktur pori yang bergantung pada metode aktivasi yang digunakan. Struktur pori menyebabkan ukuran molekul teradsorpsi terbatas, sedangkan bila ukuran partikel tidak masalah, kuantitas bahan yang diserap dibatasi oleh luas permukaan karbon aktif Austin, 1996. Perbedaan antara karbon dan karbon aktif adalah pada bagian permukaannya. Bagian permukaan arang masih ditutupi oleh deposit hidrokarbon yang menghalangi keaktifannya, sementara bagian permukaan arang aktif relatif bebas dari deposit dan permukaannya lebih luas serta porinya terbuka sehingga dapat melakukan penyerapan. Kemampuan adsorpsi arang aktif tidak hanya bergantung pada luas permukaannya saja tetapi juga struktur pori-pori arang aktif Wibowo, S. 2011. Kualitas arang aktif dapat dilihat dari Standar Nasional Indonesia pada tabel 2.1 dibawah ini : Tabel.2.1 Standar kualitas arang aktif menurut Standar Nasional Indonesia SNI tahun 1995 No. Uraian Persyaratan Kualitas Butiran Serbuk 1 Bagian yang hilang pada Maks.15 Maks.25 Pemanasan 950 o C 2 Kadar Air Maks.4,5 Maks.15 3 Kadar abu Maks.2,5 Maks.10 4 Bagian tidak mengarang Min.750 Min.750 5 Daya serap terhadap I 2 , mgg Min.80 Min.65 6 Karbon aktif murni Min.25 - 7 Daya serap terhadap benzena Min.60 Min120 8 Daya serap terhadap biru metilen, mgg 0,45-0,55 0,3-0,35 9 Berat Jenis Curah, 9ml - 90 10 Lolos mesh 325 90 - 11 Jarak mesh 80 - 12 Kekerasan Sumber : Anonim,1995 Universitas Sumatera Utara

2.3.1 Jenis – Jenis Karbon Aktif

1. Karbon aktif untuk fasa cair Karbon aktif untuk fasa cair biasanya berbentuk serbuk dan biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis rendah seperti kayu, batu bara, lignit, dan bahan yang mengandung lignin seperti limbah hasil pertanian. Karbon aktif ini banyak digunakan untuk pemurnian larutan dan penghilangan rasa dan bau pada zat cair misalnya untuk penghilangan polutan berbahaya seperti gas amonia dan logam berbahaya pada proses pengolahan air. 2. Karbon aktif untuk fasa uap Karbon aktif untuk fasa uap biasanya berbentuk butiran granula. Karbon aktif jenis ini biasanya dibuat dari bahan yang memiliki berat jenis lebih besar seperti tempurung kelapa, batu bara, cangkang kemiri, dan residu minyak bumi. Karbon aktif jenis ini digunakan dalam adsorpsi gas dan uap misalnya adsorpsi emisi gas hasil pembakaran bahan bakar pada kendaraan seperti CO dan NO x Shofa, 2012.

2.3.2 Kegunaan Arang Aktif

Terdapat beberapa kegunaan arang aktif yaitu : a. Untuk gas 1. Pemurnian gas Desulfurisasi, menghilangkan gas racun, bau busuk, asap, menyerap racun. 2. Pengolahan LNG Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan reaksi gas. 3. Katalisator Reaksi katalisator atau pengangkut vinil klorida dan vinil asetat. 4. Lain- lain Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan mobil. Universitas Sumatera Utara b. Untuk zat cair 1. Industri obat dan makanan Menyaring dan menghilangkan warna, bau, dan rasa yang tidak enak pada makanan. 2. Minuman ringan dan minuman keras Menghilangkan warna dan bau pada arak minuman keras dan minuman ringan. 3. Kimia perminyakan Penyulingan bahan mentah, zat perantara. 4. Pembersih air Menyaring dan menghilangkan bau, warna dan zat pencemar dalam air sebagai pelindung atau penukar resin dalam penyulingan air. 5. Pembersih air buangan Mengatur dan membersihkan air buangan dan pencemaran. 6. Penambakan udang dan benur Pemurnian, menghilangkan bau dan warna. 7. Pelarut yang digunakan kembali Penarikan kembali berbagai pelarut sisa metanol, etil asetat, dan lain- lain Kurniati, E. 2008.

2.3.3 Proses Pembuatan Arang Aktif

a. Dehidrasi Dehidrasi merupakan proses penghilangan air dalam bahan baku karbon aktif dengan tujuan untuk menyempurnakan proses karbonisasi dan dilakukan dengan cara menjemur bahan baku dibawah sinar matahari memanaskannya dalam oven. b. Karbonisasi Proses karbonisasi terdiri dari empat tahap yaitu : Universitas Sumatera Utara 1. Pada suhu 100 – 120 o C terjadi penguapan air dan sampai suhu 270 o C mulai terjadi peruraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit metanol. Asam cuka terbentuk pada suhu 200 – 270 o C. 2. Pada suhu 270 – 310 o C reaksi eksotermik berlangsung dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi larutan pirolignat, gas kayu dan sedikit tar. Asam merupakan asam organik dengan titik didih rendah seperti asam cuka dan metanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO 2. 3. Pada suhu 310 – 500 o C terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar sedangkan larutan pirolignat menurun, gas CO 2 menurun sedangkan gas CO dan CH 4 dan H 2 meningkat. 4. Pada suhu 500- 1000 o C merupakan tahap dari pemurnian arang atau kadar karbon Sudrajat,1994. Dari penjelasan diatas didapatkan bahwa pada proses karbonisasi berlangsung terdapat gas-gas yang terbakar seperti CO, CH 4 dan H 2 , Formaldehid, Asam Formiat, dan Asam asetat serta gas-gas yang tidak terbakar seperti CO 2 , H 2 O dan tar cair akan dilepaskan Borman, G, L. 1998. c. Aktivasi Proses aktivasi dilakukan untuk meningkatkan luas permukaan dan daya adsorpsi karbon aktif. Pada proses ini terjadi pelepasan hidrokarbon, tar, dan senyawa organik yang melekat pada karbon tersebut. Proses aktivasi terdapat 2 jenis yaitu : 1. Aktivasi Fisika Pada aktivasi secara fisika, karbon dipanaskan pada suhu sekitar 800 – 1000 o C dan dialirkan gas pengoksida seperti uap air, oksigen CO 2 . Gas pengoksida akan bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon monoksida dan hidrogen untuk gas pengoksida berupa uap air. Senyawa-senyawa produk samping pun akan terlepas pada proses ini sehingga akan memperluas pori dan meningkatkan daya Universitas Sumatera Utara adsorpsi. Klasifikasi karbon dengan uap air dan CO 2 terjadi melalui reaksi bersifat endotermis berikut ini : C + H 2 O → CO + H 2 117 kjmol C + CO 2 → 2 CO 159 kj mol Sedangkan aktivasi fisika dengan oksigen melalui reaksi bersifat eksotermis berikut ini : C + O 2 → CO 2 -406 kj mol Pada aktivasi fisika terjadi pengurangan massa karbon dalam jumlah yang besar karena adanya pembentukan struktur karbon. Namun pada aktivasi fisika seringkali terjadi kelebihan oksida eksternal sewaktu gas pengoksida berdifusi pada karbon sehingga terjadi pengurangan ukuran adsorben. Selain itu, reaksi sulit dikontrol Marsh, 2006. 2.Aktivasi kimia Menurut Ioannidou, O. dan Zabaniotou, A. 2006, proses aktivasi dilakukan dengan menggunakankan bahan kimia sebagai agen pengaktif. Aktivasi arang dilakukan dengan merendam arang kedalam larutan kimia seperti NaCl, ZnCl 2, KOH, KCl, H 3 PO 4 , dan K 2 CO 3 Sehingga bahan kimia akan meresap dan membuka permukaan arang yang semula tertutup oleh deposit tar dan volume kontraksi pada proses karbonisasi. Pada proses aktivasi karbon atau arang dipanaskan dengan suhu tinggi dalam sistem tertutup tanpa udara sambil dialiri gas Inert. Saat ini terjadi proses lanjutan pemecahan atau peruraian sisa deposit tar dan senyawa hidrokarbon sisa karbonisasi keluar dari permukaan karbon sebagai akibat gas suhu tinggi dan adanya aliran gas inert, sehingga akan dihasilkan karbon dengan luas permukaan yang cukup luas atau disebut dengan arang aktif Murat, B. 2012. Universitas Sumatera Utara

2.4. Kemiri

Tanaman kemiri Alleurites Moluccana termasuk suku Euphorbiacea. Ketinggian tanaman dapat mencapai 40 meter dan diameter batang bagian bawah dapat mencapai 1,25 meter. Tanaman kemiri ada yang berumah satu dan ada pula yang berumah dua. Disebut berumah satu jika pada satu pohon terdapat bunga jantan yang mengandung benang sari dan terdapat pula bunga betina yang mengandung putik. Disebut berumah dua jika pada satu pohon hanya terdapat bunga-bunga jantan saja, atau hanya terdapat bunga-bunga betina saja. Buah kemiri termasuk buah batu, berbentuk bulat telur dan ada bagian yang menonjol kesamping. Daging buahnya kaku dan mengandung 1-2 biji yang diselimuti oleh kulit biji yang keras. Kemiri merupakan salah satu pohon serbaguna yang sudah dibudidayakan secara luas didunia. Tanaman kemiri banyak dibudidayakan diprovinsi Sumatera Utara, Sumatera Barat, Sumatera Selatan, Bengkulu, Lampung, Jawa Barat, Kalimantan barat, Kalimantan selatan, Kalimantan timur, Bali , Sulawesi Selatan, Maluku, dan NTT Sunanto, H. 1994.

2.5 Kegunaan Kemiri

Tanaman kemiri merupakan tanaman industri, sebab produk yang dihasilkan dapat dipakai untuk bahan berbagai barang industri. Kayunya yang ringan dapat digunakan untuk bahan pembuat perabot rumah tangga atau bahan industri lain seperti korek api dan kotak korek api. Batang kemiri juga dapat dimanfaatkan untuk pembuatan bahan pulp bahan pembuatan kertas. Biji kemiri mempunyai tiga bagian, yaitu lapisan tipis pelapis biji, cangkang kemiri, dan biji dalam kemiri. Bagian biji dalam kemiri yang berwarna putih sangat banyak mempunyai manfaat diantaranya adalah sebagai bahan obat-obatan tradisional, sebagai rempah-rempah, dan untuk perawatan rambut khususnya untuk memanjangkan rambut. Didalam biji banyak sekali mengandung kadar minyak, minyak yang diekstrak dari bijinya berguna dalam industri untuk digunakan sebagai bahan campuran cat Ketaren, 1986 . Universitas Sumatera Utara Tempurung kemiri biasa dimanfaatkan untuk bahan bakar nyamuk. Berdasarkan penelitian tempurung kemiri dapat dibuat sebagai produk karbon aktif. Tempurung kemiri yang telah lama terpendam di tanah dapat dimanfaatkan sebagai sumber pupuk N, P dan K Sinaga. J. 2010 . Gambar dan komponen kimia tempurung kemiri dapat dilihat pada gambar 2.2 dan tabel 2.2 dibawah ini : Gambar.2.2 Tempurung kemiri Tabel 2.2 Komponen kimia tempurung kemiri No Komponen Kadar 1 Holoselulosa 49,22 2 Pentosa 14,22 3 Lignin 54,46 4 Ekstraktif - Kelarutan dalam air dingin 1.96 - Kelarutan dalam air panas 6,18 - Kelarutan dalam alkohol : Benzen 1 : 2 2,69 5 Kelarutan dalam NaOH 1 17,14 6 Abu 8,73 Sumber : Lempang, M. 2011 Universitas Sumatera Utara Lignin merupakan komponen kimia yang terkandung dalam tempurung kemiri dimana, Lignin merupakan komponen kimia yang dalam tumbuhan yang selalu bergabung dengan selulosa dan bukan merupakan karbohidrat, melainkan didominasi oleh gugus aromatis berupa fenil propana. Didalam struktur jaringan kayu, lignin terutama terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel primer. Zat ekstraktif merupakan komponen kimia non struktural didalam sel organ tumbuhan. Jumlah bahan ekstraktif yang terdapat dalam tumbuhan tergantung pada jenis tumbuhan dan letaknya dalam bagian tumbuhan. Komponen utama dari tempurung kemiri larut dalam air dingin yaitu: karbohidrat, protein, dan garam-garam organik. Komponen kimia yang larut dengan air panas yaitu: tanin, getah gula, bahan pewarna dan pati sedangkan komponen kimia yang larut dalam alkohol benzen yaitu: lilin, lemak, resin, minyak, dan tanin serta komponen lain yang tidak larut dalam eter. Abu merupakan komponen penyusun sel tumbuhan yang tidak larut dalam air pelarut organik. Kandungan abu tempurung kemiri sangat tinggi yaitu 8,73 Fengel, D, 1995. 2.6 Karakteristik Arang Aktif Tempurung Kemiri 2.6.1 Rendemen Arang aktif